Mechanistic dissection of novel regulators of TDP-43 aggregation identified in a genome-wide CRISPR-Cas9 knockout screen

全基因组 CRISPR-Cas9 敲除筛选中发现的 TDP-43 聚集新型调节因子的机制剖析

基本信息

  • 批准号:
    10268168
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 3.35万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2020-06-01 至 2023-05-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Project Summary The mislocalization and aggregation of RNA-binding proteins (RBP) is a pathological hallmark of Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS). The RBP TAR DNA-binding protein 43 (TDP-43) is of particular interest, as pathological aggregation of TDP-43 is observed in nearly 97% of ALS patients, despite the fact that disease-causing mutations in TDP-43 explain fewer than 5% of disease incidence. This observation suggests that misregulation or mutation of other genes converge on TDP-43 pathology, however it remains poorly understood how the aggregates arise or whether they can be reversed or prevented. To this end, we have developed Pulse-Shape Analysis-based aggregation reporters for the TDP-43 that, when coupled to fluorescence activated cell sorting, quantifies aggregation at the single cell level. This reporter was leveraged against a genome-wide CRISPR- Cas9 knockout screen to identify regulators of TDP-43 aggregation. Reassuringly, this screen revealed known interactors and pathways involved in TDP-43 regulation and pathology. Additionally, this work revealed several novel proteins not previously implicated in TDP-43 biology or aggregation. Initial follow up on one top hit, SRRD, revealed that this protein reduces TDP-43 aggregation in a mammalian aggregation model, and reduces TDP- 43-associated toxicity in a yeast model, indicating that these genes indeed modify TDP-43 aggregation. The goal of this proposal is to mechanistically dissect how these novel regulators modify TDP-43 aggregation. Using an induced motor neuron model of TDP-43 aggregation, yeast toxicity models, and in vitro studies, I will assess the interactors, signaling pathways, and mode of TDP-43 modification for the following four genes: METTL5, EIF2AK2, XPO4, and SRRD. This work will not only reveal the function of uncharacterized proteins, but dissect their heretofore unknown mechanisms in regulating TDP-43 aggregation. Through better understanding of how TDP-43 aggregation is regulated, the field can begin to answer questions regarding the role of TDP-43 aggregation in disease pathogenesis and progression. By understanding the regulatory network of underlying TDP-43 aggregation, we can begin to therapeutically modulate the pathways that contribute to disease.
项目概要 RNA 结合蛋白 (RBP) 的错误定位和聚集是肌萎缩侧索硬化症的病理标志 侧索硬化症(ALS)。 RBP TAR DNA 结合蛋白 43 (TDP-43) 特别令人感兴趣,因为它具有病理学特征。 在近 97% 的 ALS 患者中观察到 TDP-43 聚集,尽管事实上 TDP-43 突变只能解释不到 5% 的疾病发病率。这一观察表明,监管不当 或其他基因的突变与 TDP-43 病理学一致,但目前仍知之甚少。 聚集的出现或是否可以逆转或预防。为此,我们开发了 Pulse-Shape TDP-43 基于分析的聚合报告器,当与荧光激活细胞分选结合时, 量化单细胞水平的聚集。该记者利用全基因组 CRISPR- Cas9 敲除筛选,以确定 TDP-43 聚集的调节因子。令人放心的是,这个屏幕显示了已知的 参与 TDP-43 调节和病理学的相互作用因子和途径。此外,这项工作还揭示了一些 以前未涉及 TDP-43 生物学或聚集的新蛋白质。对热门歌曲 SRRD 的初步跟进, 研究表明,该蛋白可减少哺乳动物聚集模型中的 TDP-43 聚集,并减少 TDP- 酵母模型中与 43 相关的毒性,表明这些基因确实改变了 TDP-43 聚集。 该提案的目标是从机制上剖析这些新颖的监管机构如何修改 TDP-43 聚合。使用 TDP-43 聚集的诱导运动神经元模型、酵母毒性模型和体外 研究中,我将评估以下四个方面的相互作用因子、信号通路和 TDP-43 修饰模式 基因:METTL5、EIF2AK2、XPO4 和 SRRD。这项工作不仅揭示了未表征的功能 蛋白质,但剖析了它们迄今为止未知的调节 TDP-43 聚集的机制。通过更好 了解了 TDP-43 聚合是如何监管的,该领域可以开始回答有关 TDP-43 聚合的问题 TDP-43 聚集在疾病发病机制和进展中的作用。 通过了解底层 TDP-43 聚合的监管网络,我们可以开始 治疗性调节导致疾病的途径。

项目成果

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